【摘要】：X射線相位襯度成像技術(shù)的物理基礎(chǔ)是利用X射線在透過物體后的相位變化,將X射線的相移轉(zhuǎn)換為可以被探測的強(qiáng)度變化來進(jìn)行成像。目前存在的X射線相位襯度成像方法有：X射線澤尼克相位襯度顯微鏡、X射線光柵相位襯度成像、X射線晶體干涉儀、相位傳播成像、衍射增強(qiáng)成像。依托于同步輻射光源,這幾種相位襯度成像技術(shù)都取得了很好的發(fā)展和應(yīng)用,特別是X射線澤尼克相襯顯微鏡和X射線光柵相位襯度成像。前者在硬X射線波段應(yīng)用比較廣泛,比如：生命科學(xué)的研究、材料科學(xué)等,后者憑借于與常規(guī)X射線光源的結(jié)合有望在臨床醫(yī)學(xué)上實(shí)現(xiàn)相位襯度成像。在X射線相位襯度成像中,探測器記錄的強(qiáng)度信息中同時(shí)包含物體的吸收信息、相移信息和散射信息。因此,必須發(fā)展合適的信息提取方法來提取相應(yīng)的信息。本論文的研究重點(diǎn)就是樣品信息的定量提取方法。本論文系統(tǒng)的總結(jié)了X射線相位襯度成像方法的原理,重點(diǎn)研究了：X射線澤尼克相位襯度顯微鏡中樣品相移信息的定量提取方法,和X射線光柵相位襯度成像中如何實(shí)現(xiàn)單次曝光下樣品信息的快速提取。本論文開展的主要研究工作如下： 1,X射線澤尼克相位襯度顯微鏡中樣品相移信息的定量提取。本研究通過改變波帶片物鏡后焦平面的相移環(huán)(先后采用π/2相移環(huán)和3π/2相移環(huán)),先后得到兩幅攜帶樣品信息的相襯圖像,利用提出的信息提取方法對這兩幅圖像進(jìn)行處理,就能夠定量的得到樣品的相移信息。并對一系列不同樣品開展數(shù)值實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該信息提取方法的可行性。 2,針對X射線澤尼克相位襯度顯微鏡中的相移信息定量提取公式,進(jìn)行普適性(能量、樣品厚度)的研究。本研究通過改變?nèi)肷鋁射線的能量對標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行澤尼克相位襯度成像的數(shù)值實(shí)驗(yàn),并研究信息提取結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在不同的X射線能量下,通過定量提取方法得到的結(jié)果都是準(zhǔn)確和可靠的。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得到如下結(jié)論：該定量提取相移信息的方法適用于不同的入射能量；當(dāng)入射能量為2.5keV的時(shí)候,能夠得到比較好的的相襯圖像,即2.5keV是對弱吸收物質(zhì)進(jìn)行相襯成像的理想能量；另一方面,對于強(qiáng)吸收物質(zhì),可通過改變?nèi)肷鋁射線能量來實(shí)現(xiàn)定量相移信息的提取。 3,單次曝光x射線光柵相位襯度成像信息提取方法研究。本研究從目前存在的單次曝光信息提取方法——傅里葉變換方法和加窗傅里葉變換方法入手,針對傅里葉變換方法的空間分辨率低,和加窗傅里葉變換方法盡管有效的改善了空間分辨率,但對高頻信息處理不理想的局限性,提出基于小波變換的信息提取方法研究。將小波變換理論和光強(qiáng)變化規(guī)律結(jié)合起來,完成了信息提取方法的公式推導(dǎo),開展了數(shù)值模擬驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究。小波變換的自適應(yīng)性有效的改善了加窗傅里葉變換方法中的窗口大小固定不可調(diào)而導(dǎo)致對邊界突變部分信息處理不理想的局限性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41;O434.1
【圖文】：

簡單來說，在上面提到的三種效應(yīng)的作用下，均體現(xiàn)在X射線強(qiáng)度的衰減，這也是X射線吸收襯度成像技術(shù)的物理基礎(chǔ)。如下圖所示，X射線強(qiáng)度的減可用公式（1.1.2)表示。

mmlrne back focal plane圖2.1.3 (a)全場式透射X射線顯微鏡原理圖，（b)全場式透射X射線顯微鏡的幾何示意圖。（Chen，Chen, Yi, etal.,lQ\\)X射線澤尼克相襯顯微鏡的成像過程推導(dǎo)(Schneider, 1998, Rudolph et al,1990)如下：首先可以用復(fù)折射率n來表示X射線與物質(zhì)相互作用，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：n{X) = \-5{X) + ip{X) (2.1.1)其中代表物質(zhì)的相位信息，y0(/l)代表物質(zhì)的吸收信息。^5(；1)和/?(2)可13

圖2.1.4 X射線澤尼克相位襯度成像（全場式透射X射線顯微鏡）光路圖。（Schneider, 1998)故探測器平面探測到的強(qiáng)度信息：^3 (?，少3) - "3 (?，少3)"3 (? ‘ 3^3 ) (2.1.8)經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在公式（2.1.7)中包含很多獨(dú)立的相位因子，可忽略掉其中對強(qiáng)度信息分布沒有影響的獨(dú)立分量。其中exp{^ik(^x^ + ~ exp^/l^xj + y]^ j ，M 為放大倍數(shù)，且滿足關(guān)系M = b/z,,，顯然與最后測到的強(qiáng)度關(guān)系不大，故亦可忽略不計(jì)。所以公式(2.1.7)可簡化為："3(&,少3，//爪)=： ^ 11 "i(A,_yi)exp -(^2+^2) — + 7im^rA 2,2? L2 1? ?f)_xexp —ik

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2797705